Revolution inom kvantforskning: Paderborn-forskare sätter nya standarder!

Revolution inom kvantforskning: Paderborn-forskare sätter nya standarder!

Forskare från Universitetet i Paderborn har gjort banbrytande framsteg inom kvantforskning. I ett nytt projekt utvecklades en kryogen krets som används för att styra och manipulera ljuskvanta (fotoner) mycket snabbare. Denna innovation är inte bara viktig för kvantberäkningar, utan kan också ha revolutionerande tillämpningar inom kommunikation och simulering.

Resultaten av denna forskning publicerades i specialisttidningen Optica. Forskare kunde aktivt manipulera ljuspulser bestående av individuella fotoner, vilket möjliggjordes genom att använda en så kallad "feedforward-operation". Denna metod tillåter mätning och kontroll av ljusflöde i realtid, vilket avsevärt minskar tidigare tekniska begränsningar som orsakade tidsfördröjningar i mätning, bearbetning och kontroll. Den nya tekniken lyckas minimera dessa förseningar till mindre än en kvarts miljarddels sekund.

Tekniska innovationer och samarbeten

Ett team ledd av Dr. Frederik Thiele och Niklas Lamberty från arbetsgruppen "Mesoscopic Quantum Optics" använde toppmoderna supraledande detektorer för att exakt mäta ljuskvanta. Denna elektroniska krets fungerade vid extremt låga temperaturer på runt -270 grader Celsius, vilket var avgörande för att bearbeta signalerna utan någon betydande fördröjning. Man fann också att kretsen genererar mindre värme, vilket är av stor betydelse för driften i kryostater.

Kombinerad under projektnamnet ARCTIC ("Advanced Research on Cryogenic Technologies for Innovative Computing"), syftar forskningen till att etablera en europeisk leveranskedja för kryogen fotonik och mikroelektronik. Detta projekt involverar cirka 36 europeiska toppforskningsinstitut, industriella tillverkningsanläggningar och applikationspartners. Tillsammans arbetar de med utvecklingen av skalbara IKT-mikrosystem, som är av central betydelse för kvantdatorindustrin.

Perspektiv för kvantkommunikation

Den snabba och exakta kontrollen av fotoner har inte bara implikationer för kvantberäkning, utan öppnar också för lovande perspektiv för kvantkommunikation. Den här tekniken möjliggör trycksäkert utbyte av nycklar för kodning av säkerhetsrelevant information. I motsats till algoritmiska kryptografimetoder är säkerheten för kvantkommunikation baserad på de fysiska principerna för kvanttrassling och superpositionsprincipen. Fraunhofer IOF, som arbetar med partners från industri och näringsliv, utvecklar grunden för kvantkommunikationssystem och optiska länkteknologier.

QuNET-projektet spelar här en speciell roll, vars syfte är att använda kvantkommunikation i högsäkerhetsnätverk. I projektets första fas kommer ett nyckelexperiment att genomföras som bland annat inkluderar en teknikdemonstrator som möjliggör en säker förbindelse mellan två byggnader via en optisk fristrålningslänk. Denna utveckling kan avsevärt öka säkerhetsstandarderna inom modern kommunikation.

Framsteg inom kryogenik och kvantkommunikation representerar inte bara en teknisk milstolpe, de visar också på de möjligheter som finns i nästa generation av kvantprocessorer och IKT-applikationer. Samarbete mellan forskningsinstitutioner och industri kommer att vara avgörande för att fortsätta utveckla dessa teknologier och föra dem till tillämpningar.